단일분자 움직임 관측해 난치병 실마리 찾는다

포스텍·UNIST 연구진

포스텍과 UNIST 등 공동연구팀이 단일 분자를 안정적으로 관측할 수 있는 방법을 개발했다. 왼쪽부터 박경덕 포스텍 물리학과 교수, 강민구 포스텍 석박통합과정 연구원, 서영덕 UNIST 화학과 교수. UNIST 제공

국내 연구진이 단일 분자를 안정적으로 관측할 수 있는 방법을 찾았다. 모든 물질의 기본단위인 분자의 형태를 자세히 들여다볼 수 있게 됐다.

포스텍은 박경덕 물리학과 교수팀이 서영덕 울산과학기술원(UNIST) 화학과 교수팀과 공동연구를 통해 상온에서 나타나는 단일분자의 자세 변화를 시각화하는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 7월 15일자에 발표됐다.

이번 연구 결과는 난치병의 원인을 밝히고 치료법 개발의 실마리를 밝히는 데 활용될 예정이다. 질병의 원인이 되는 단백질이나 DNA 분자의 형태를 nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 수준까지 샅샅이 살펴볼 수 있기 때문이다. 

공기 중에 노출된 분자는 주변 환경과 수시로 화학적 반응을 일으키며 끊임없이 움직인다. 일례로 길쭉하게 생긴 분자는 금속 표면 위에서 서 있을 수도, 누워있을 수도 있다. 이를 분자의 배향(conformation)이라고 한다. 이런 분자의 움직임으로 인해 관측을 통해 단일분자 고유의 특성을 알아내는 데 한계가 있었다.

연구팀은 금 박막을 입힌 기판 위에 단일분자를 올리고 얇은 산화알루미늄 층을 그 위에 이불처럼 덮었다. 금과 산화알루미늄 사이에 갇힌 분자는 주변 환경과 분리돼 화학반응을 일으키지 않고 움직임도 억제됐다.

연구팀은 단일분자의 미세한 광신호를 정확히 검출할 수 있는 초고감도 탐침증강 나노현미경으로 고정된 분자의 움직임을 관측했다. 그 결과 일반적인 광학현미경의 해상도 한계인 500nm보다 훨씬 작은 1nm 크기 단일분자의 변화를 명확히 구분할 수 있었다.

강민구 포스텍 물리학과 석박통합과정 연구원은 "제임스웹우주망원경이 가장 먼 곳을 관측해 우주의 기원을 밝힌다면 이번 연구의 경우 현미경으로 단일분자라는 가장 작은 것을 관측해 생명의 기원을 밝힐 수 있다"고 말했다.

탐침증강 나노현미경을 이용해 금과 산화알루미늄 층 사이에 갇힌 분자를 시각화한 모습. UNIST 제공

[이영애 기자 yalee@donga.com]